(57)【要約】【課題】列車の走行位置と走行速度を管理する。【解決手段】速度発電機２と、ＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ３と、ＡＴＳ受信機４と、処理装置５を車上に備える。処理装置５は、基準固定点の位置情報を事前に入力しておく。各機器２，３，４からの出力信号を受信し、固定点に列車１が在線している際は、固定点に所在していることを入力し、列車位置を事前に入力してある基準固定点の位置情報に合わせる。列車走行中は、速度発電機２の速度情報から列車速度と列車位置を算出して、距離−実速度曲線を作成する。基準固定点に列車が所在している場合は、前記算出した列車位置を、当該基準固定点の位置データに補正する。前記の距離−実速度曲線、基準固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力を記録保存する。【効果】ＡＴＣが導入されなくても、軌道回路がない路線でも、列車の運転管理を精度良く行える。【選択図】図１
2007135291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車の運転履歴を管理するために、列車の走行位置と走行速度を管理するシステムであって、
車軸或いはモータの回転数に応じた電圧、周波数又はパルスを発生させ、速度信号をリアルタイムに出力する速度発電機と、
ＧＰＳ衛星からの電波を受信して、走行中と、列車位置を特定するための基準となる固定点における列車位置のＧＰＳ測位データ（ＧＰＳ座標値）を出力するＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナと、
自動列車停止装置（ＡＴＳ）の地上設備であるＡＴＳ地上子を検知し、リアルタイムに検知信号を出力するＡＴＳ受信機と、
前記基準となる固定点の位置情報を事前に入力しておくと共に、
前記速度発電機、ＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ、および、ＡＴＳ受信機からの出力信号を受信し、
固定点に列車が在線している際は、当該固定点に所在していることを入力して、列車位置を前記事前に入力してある基準となる固定点の位置情報に合わせるべく列車位置の調整を行い、
列車走行中は、速度発電機の速度情報から列車速度と列車位置をリアルタイムに算出して、距離−実速度曲線を作成し、
また、前記基準となる固定点に列車が所在している場合は、前記算出した列車位置を、当該基準となる固定点の位置データに補正し、
かつ、前記の距離−実速度曲線、基準となる固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力を記録保存する処理装置を、
車上に備えたことを特徴とする鉄道車両の運転管理システム。
【請求項２】
列車がＶＶＶＦインバータ車の場合、前記処理装置の機能を、ＶＶＶＦインバータ車のモニター装置に行わせるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の運転管理システム。
【請求項３】
地上に、
前記処理装置に記録保存された距離−実速度曲線、基準となる固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力データを読み取って保存する読取機を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両の運転管理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、速度発電機のデータから、列車の走行位置と速度をリアルタイムに算出してその曲線を記録し、その記録をＧＰＳのデータに基づいて補正し、列車の走行位置と走行速度を管理するシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の運転を管理するシステムに関連する技術として、現在、以下のようなものが使用され、また提案されている。
Ａ−１．現在、実用化されている信号保安設備として、東北新幹線の盛岡と八戸間で使用されているデジタルＡＴＣがある。このデジタルＡＴＣは、地上からアナログ信号により速度信号をレールに流し、その速度信号を受けた車両の速度が速度信号を超えている場合に自動的にブレーキをかける自動列車制御装置（ＡＴＣ）にあった問題点を改良するもので、一定距離毎に設置したトランスポンダ地上子からの位置情報を車上側で受信し、車軸に設けた速度発電機のパルスカウントからの移動量を常に計算しつつ位置補正を行い、これに車上データベースの情報を併せ、自列車の位置と速度を把握する。
【非特許文献１】岡田  恭一、「デジタルＡＴＣの開発と導入」ＪＲ  ＥＡＳＴ  Technical Review-No.５、ｐ２７〜３０
【０００３】
Ａ−２．また、現在、実用化はされていないが、予めレール上に設置した基準位置についての情報を地上子から列車に通知することで、列車の走行制御を行うものが、特許文献１で提案されている。
【特許文献１】特開２００２−８７２６４号公報
【０００４】
Ｂ．一方、多くの線区で採用されているものとして、列車がどの区間に在線しているのかを運転指令所に表示し、分岐器の切換等の進路制御や、事故等で列車が遅れた際の運転整理を行う列車集中制御装置（ＣＴＣ）がある。
【非特許文献２】久保田  博、「鉄道工学ハンドブック」グランプリ出版、１９９５年、ｐ１４０〜１４１
【０００５】
Ｃ−１．その他、運転速度に制限がある場合に、運転士に自列車の速度が速度制限に対して高いか低いかの判断ができるようにした技術が、特許文献２で開示されている。
【特許文献２】特開平６−２６３０３５号公報
【０００６】
Ｃ−２．また、実用化はされていないものの、レールに流れるＡＴＣ信号が、軌道回路の境界部分で一瞬レベル低下することを利用し、このレベル低下を検知することで列車位置を特定する技術が、特許文献３で開示されている。
【特許文献３】特開２００３−２２６２４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記の非特許文献１や特許文献１は、共にＡＴＣが導入されていることが前提の技術である。したがって、軌道回路と呼ばれている、数百〜数キロメートル程度の長さの電気的なブロックに線路が分かれている設備が必要で、軌道回路を導入又は維持するためのコスト負担が難しい中小鉄道事業者や軌道経営者にとっては、コスト面から見て導入が困難である。
【０００８】
また、前記非特許文献２に説明されているＣＴＣは、どの軌道回路に在線しているのかの判断はできるものの、その位置情報の精度には、最大数kmもの幅があるので、列車位置の特定が困難である。
【０００９】
また、列車の速度が分らないので、たとえば制限速度を超えて走行していたとしても、指令所等の外部では把握することができない。なお、列車の速度を記録するモニター装置は、故障部位を検知し、運転士の負担軽減を図る目的で開発された装置であるため、異常や故障を検知した場合、その前後の５秒程度の車両の速度、信号電圧などを記録するだけで、常時、記録を取ることができない。
【００１０】
また、前記の特許文献２や特許文献３もＡＴＣが導入されていることが前提であり、前記の非特許文献１や特許文献１と同様の問題がある。加えて、特許文献２には、列車位置をどう検出するのかについての具体的な記載もない。
【００１１】
本発明が解決しようとする問題点は、従来の鉄道車両の運転管理システムでは、ＡＴＣの導入が前提となっていて、中小鉄道事業者や軌道経営者にとっては、コスト面から見て導入が困難であり、また、列車の位置情報や速度情報の取得に問題があるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の鉄道車両の運転管理システムは、
ＡＴＣが導入されていなくても、また、軌道回路がない路線でも、鉄道車両の運転管理を精度良く行えるようにするために、
列車の運転履歴を管理するために、列車の走行位置と走行速度を管理するシステムであって、
車軸或いはモータの回転数に応じた電圧、周波数又はパルスを発生させ、速度信号をリアルタイムに出力する速度発電機と、
ＧＰＳ衛星からの電波を受信して、走行中と、列車位置を特定するための基準となる固定点における列車位置のＧＰＳ測位データを出力するＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナと、
ＡＴＳの地上設備であるＡＴＳ地上子を検知し、リアルタイムに検知信号を出力するＡＴＳ受信機と、
前記基準となる固定点の位置情報を事前に入力しておくと共に、
前記速度発電機、ＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ、および、ＡＴＳ受信機からの出力信号を受信し、
固定点に列車が在線している際は、当該固定点に所在していることを入力して、列車位置を前記事前に入力してある基準となる固定点の位置情報に合わせるべく列車位置の調整を行い、
列車走行中は、速度発電機の速度情報から列車速度と列車位置をリアルタイムに算出して、距離−実速度曲線を作成し、
また、前記基準となる固定点に列車が所在している場合は、前記算出した列車位置を、当該基準となる固定点の位置データに補正し、
かつ、前記の距離−実速度曲線、基準となる固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力を記録保存する処理装置を、
車上に備えたことを最も主要な特徴としている。
【００１３】
ところで、列車がＶＶＶＦインバータ車の場合、特別な装置を付加することなく、電流の向きを逆転させる制御のみで回生ブレーキを実現することができるので、特別な場合を除いて回生ブレーキ等の電気ブレーキが備えられている。そして、インバータの制御による電気ブレーキの細かな制御により、運転速度を微調整することも極めて容易である。
【００１４】
しかしながら、列車がＶＶＶＦインバータ車でない場合は、自動的に、ブレーキ制御器に適切なブレーキ力の指令を与える必要があるので、ブレーキ制御機構が必要になる。
【００１５】
また、ＶＶＶＦインバータ車か否かに関わらず、最近の車両にはモニター装置が搭載されている。このモニター装置は、元々は機器の故障の検知から発達してきた装置で、現在は機能も多種多様で、基本的にこのモニター装置自体は高度な計算機で、運転台の表示端末を介して運転士の操作を受け、また運転士を支援するためのものである。
【００１６】
さらに、ＶＶＶＦインバータ車のモニター装置（列車のモニター装置の構成要素の一つ）は、インバータの出力の監視を行う計算機であるが、高度な計算機故、列車のモニター装置から列車の位置情報を得ることにより、距離−実速度曲線の作成や、距離−制限速度曲線との比較を行い、その結果、自動的にブレーキをかけることも可能である。
【００１７】
したがって、列車がＶＶＶＦインバータ車の場合、本発明の鉄道車両の運転管理システムにおける前記処理装置の機能を、ＶＶＶＦインバータ車のモニター装置に行わせれば、前記処理装置を省略でき、かつ、列車のモニター装置による一元的な制御を行うことが可能になって、管理の容易性、将来の拡張性が向上する。
【００１８】
なお、列車がＶＶＶＦインバータ車でない場合は、モニター装置はモータの出力の監視程度の機能のみの装置故、距離−実速度曲線等を作成するための処理装置が必要である。
【００１９】
前記本発明の鉄道車両の運転管理システムにおいて、地上に、前記処理装置に記録保存された距離−実速度曲線、基準となる固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力データを読み取って保存する読取機を備えた場合には、処理装置の記録を回収して統計的な処理を行うことで、距離−実速度曲線の改善や、ダイヤや線路設備の改修等の安全性を高めるための有意なデータを得ることができるようになる。また、制限速度を上回る運転があった事実を把握することにより、安全性を高める措置を講じることも可能になる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、速度発電機のデータから、列車の走行位置と速度をリアルタイムに算出してその曲線を記録し、その記録をＧＰＳのデータに基づいて補正して列車の走行位置と走行速度を管理するので、ＡＴＣが導入されていなくても、また、軌道回路がない路線でも、鉄道車両の運転管理を精度良く行えるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態を，図１〜図６を用いて説明する。
（列車がＶＶＶＦインバータ車でない場合：図１〜図３）
【００２２】
図１において、１は本発明の鉄道車両の運転管理装置システムを搭載した列車であり、この列車１には、速度発電機２と、ＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ３と、ＡＴＳ受信機４と、処理装置５が備えられている。
【００２３】
このうち速度発電機２は、車軸或いはモータの回転数に応じた電圧、周波数又はパルスを発生させ、速度信号をリアルタイムに処理装置５に出力するものである。なお、この速度発電機２は、その速度信号が速度計への表示に使われているので、通常の列車に備えられている。したがって、本発明では、この速度信号を処理装置５に出力する出力部を、既存の速度発電機２に別途設ければ良いだけである。
【００２４】
また、ＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ３は、ＧＰＳ衛星からの電波を受信して、走行中の列車１の位置のＧＰＳ測位データをリアルタイムに処理装置５に出力する機能と、始発駅や車庫等の列車位置を特定するための基準となる固定点における列車の位置のＧＰＳ測位データを処理装置５に出力する機能を備えている。このＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ３は通常の鉄道車両には備わっていないので、新規に設ける必要がある。なお、このＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ３は、一体的に構成されたものでも、別々に構成されたものでも良い。
【００２５】
また、ＡＴＳ受信機４は、ＡＴＳの地上設備であるＡＴＳ地上子７を検知し、その検知信号をリアルタイムに処理装置５に出力する機能を備えている。なお、本発明では、ＡＴＳ受信機４は、ＡＴＳが使われている多くの鉄道車両に装備されているＡＴＳ車上子とは別に設置する必要がある場合がある。別に設置する必要があるのは、停止信号以外の場合に、ＡＴＳ車上子でＡＴＳ地上子を検知しないＡＴＳ方式が使われている場合で、それ以外の場合、ＡＴＳ車上子と同一で、処理装置５への出力部分が必要になる。
【００２６】
前記処理装置５は、前記速度発電機２、ＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ３、および、ＡＴＳ受信機４からの出力信号を受信し、以下に列挙する機能を行う。
１）始発駅や車庫等（ＧＰＳを利用する場合を含む）、ＡＴＳ地上子７などの軌道回路受信点等の列車位置を特定するための基準となる固定点（以下、基準固定点と言う。）の位置情報（以下、絶対位置と言う。）を事前に入力する。
２）固定点に列車が在線している際には、当該固定点に所在していることを入力して、列車位置を前記事前に入力してある絶対位置に合わせて列車位置の調整を行う。
３）列車走行中は、速度発電機より取り込んだ速度情報から列車速度と列車位置をリアルタイムに算出して、距離−実速度曲線を作成する。
４）前記基準固定点に列車が所在している場合には、前記算出した列車位置を、当該基準固定点の位置データに補正する。
５）前記の距離−実速度曲線、基準固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子７の検知の入力を記録保存する。
【００２７】
６は地上に設けられた読取機であり、たとえば無線ＬＡＮ８によって前記処理装置５と繋いでおき、この処理装置５に記録保存された距離−実速度曲線、基準固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子７の検知の入力データを読み取って保存する。
【００２８】
図１の構成を有する本発明の鉄道車両の運転管理装置システムでは、たとえば以下のようにして鉄道車両の運転を管理する。
【００２９】
Ａ）列車の走行区間における距離−標準速度曲線と距離−制限速度曲線を、図２のように予め作成し、処理装置に事前に入力しておく。
次に、車庫或いは始発駅の位置情報（絶対位置）を、たとえばＡＴＳ受信機によるＡＴＳ地上子の検知信号或いはＧＰＳ測位データから得て、処理装置に事前に入力する。
【００３０】
Ｂ）以上の事前入力が完了したら、車庫或いは始発駅を発車して、運行を開始する。
そして、列車走行中は、速度発電機からリアルタイムに速度情報を取り込み、列車速度と列車位置をリアルタイムに算出して、図２のように距離−実速度曲線を作成する。この走行時、制限速度を上回る速度で運転された場合は、危険防止のためにブレーキが動作し、制限速度以下になればブレーキは緩解するようにしておく。
【００３１】
一方、停車駅等の基準固定点に列車が所在している場合には、前記速度発電機から取り込んだ速度情報を基に算出した列車位置を、図２に示すように当該基準固定点の位置データに補正する。なお、この基準固定点の位置データは、ＡＴＳ地上子の検知信号或いはＧＰＳ測位データから得る。
走行区間を運行中は、前記Ｂ）の操作を繰り返す。
【００３２】
Ｃ）そして、運行が終了したら、終着駅或いは車庫で、走行中に得た前記の距離−実速度曲線、基準固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力を記録保存する。
以上の流れを図３に示す。
【００３３】
なお、処理装置５に記録保存された前記の距離−速度曲線、基準固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子７の検知の入力は、たとえば図１のように、読取機６が設けられている場合には、無線ＬＡＮ８によって送られ、保存される。
【００３４】
（列車がＶＶＶＦインバータ車の場合：図４〜図６）
図４において、１１はインバータの出力の監視を行う計算機であるモニター装置であり、ＶＶＶＦインバータ車の場合、既に設置されている。本発明では、このモニター装置１１に、前記処理装置５の機能を全て行わせるようにする。
また、図４の例では、所定の場合に警報を発することができるように、運転台１２に警報装置１３を設け、この警報装置１３とモニター装置１１をたとえば有線１４で繋いでいる。また、図４の例では、読取機６とモニター装置１１は専用回線１５で繋いでいる。
【００３５】
図４の構成を有する本発明の鉄道車両の運転管理装置システムでは、たとえば以下のようにして鉄道車両の運転を管理する。
【００３６】
ａ）列車の走行区間における距離−標準速度曲線と距離−制限速度曲線、および、標準のブレーキノッチ（以下、単にノッチと言う。）を、図５のように予め作成し、モニター装置に事前に入力しておく。
次に、車庫或いは始発駅の位置情報（絶対位置）を、たとえばＡＴＳ受信機によるＡＴＳ地上子の検知信号或いはＧＰＳ測位データから得て、モニター装置に事前に入力する。
【００３７】
ｂ）以上の事前入力が完了したら、車庫或いは始発駅を発車して、運行を開始する。
そして、列車走行中は、速度発電機からリアルタイムに速度情報を取り込み、列車速度と列車位置をリアルタイムに算出して、図５のように距離−実速度曲線を作成する。
【００３８】
この走行時、制限速度を上回る速度で運転された場合は、危険防止のためにブレーキが動作し、制限速度以下になればブレーキは緩解する。
また、制限速度を上回らなくても、距離−標準速度曲線を一定量超えて走行した場合、或いは、標準ノッチを一定量超えてノッチ操作した場合は、制限速度を上回る速度で運転された場合のような危険は直ちにはないので、先ずモニター装置から警報装置に信号を出して警報を発する（図５参照）。警報後もさらに距離−標準速度曲線を一定量超えて走行した場合、或いは、標準ノッチを一定量超えてノッチ操作した場合には、危険防止のためにブレーキが動作する。
【００３９】
なお、「一定量」は、数量的なものではなく、標準との外れが大きい場合を検出する手法である。ノッチを入れるべき箇所において、実際の運転では加速している場合には、標準との差異が大きくなるので、こうした場合を検知するものである。但し、一定量の値は一概に決められるものではなく、車両毎に適宜決定する。
【００４０】
また、「一定量」の判定は、たとえば面積によるパターンマッチング手法による。これは、前述のように「一定量」は数量的なものではないので、実際の運転と、標準運転パターン曲線の方向ベクトルの内積を取り、正負による判定を行う方法や、単純な差分法による比較も考えられるが、安全上問題となる場合は、不正常な状態が継続する時間と、その相違の量が問題となるので、両ファクターを積分することによる面積によるパターンマッチング手法が簡潔で、最適と考えられるからである。
【００４１】
一方、停車駅等の基準固定点に列車が所在している場合には、前記速度発電機から取り込んだ速度情報を基に算出した列車位置を、図５に示すように当該基準固定点の位置データに補正する。なお、この基準固定点の位置データは、ＡＴＳ地上子の検知信号或いはＧＰＳ測位データから得る。
走行区間を運行中は、前記ｂ）の操作を繰り返す。
【００４２】
ｃ）そして、運行が終了したら、終着駅或いは車庫で、走行中に得た前記の距離−実速度曲線、基準固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力を記録保存する。
以上の流れを図６に示す。
【００４３】
なお、モニター装置に記録保存された前記の距離−速度曲線、基準固定点の位置データへの補正、ＧＰＳ測位データ、および、ＡＴＳ地上子の検知の入力は、専用回線によって送られ、保存される。
【００４４】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において適宜変更可能なことは言うまでもない。たとえば地上に読取機６を設けなくても良い等である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上の本発明は、鉄道車両の運転管理に限らず、他の車両、たとえばタクシーの運転管理にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】列車がＶＶＶＦインバータ車でない場合に適用する本発明の鉄道車両の運転管理システムの概略構成図である。
【図２】列車がＶＶＶＦインバータ車でない場合に適用する本発明の鉄道車両の運転管理システムを用いた鉄道車両の運転管理時に作成する距離−速度曲線等の一例を示した図である。
【図３】列車がＶＶＶＦインバータ車でない場合に適用する本発明の鉄道車両の運転管理システムを用いた鉄道車両の運転管理のフローチャートである。
【図４】列車がＶＶＶＦインバータ車の場合に適用する本発明の鉄道車両の運転管理システムの概略構成図である。
【図５】列車がＶＶＶＦインバータ車の場合における図２と同様の図である。
【図６】列車がＶＶＶＦインバータ車の場合における図３と同様のフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１    列車
２    速度発電機
３    ＧＰＳ受信機及びＧＰＳアンテナ
４    ＡＴＳ受信機
５    処理装置
６    読取機
７    ＡＴＳ地上子
８    無線ＬＡＮ
１１    モニター装置
１５    専用回線
【図１】
2007135291.tif 000003
【図２】
2007135291.tif 000004
【図３】
2007135291.tif 000005
【図４】
2007135291.tif 000006
【図５】
2007135291.tif 000007
【図６】
2007135291.tif 000008